研究人員從工業雷射產生阿秒光

2020-09-03 工程學習

中央佛羅裡達大學的研究人員正在使所有學科的研究人員都可以更輕鬆地訪問尖端的原子科學領域。

他們在今天發表在「 科學進步 」雜誌上的一項新研究中詳細闡述了他們幫助開放領域的方法。

的阿秒是十億分之一秒，並且以與阿秒精度測量的能力的十億分之一允許研究人員研究內部的原子和分子的電子的快速運動到其自然時間尺度。

測量這種快速運動可以幫助研究人員了解光與物質相互作用的基本方面，這可以為努力收集太陽能發電，檢測化學和生物武器，進行醫學診斷等提供信息。

UCF物理系的助理教授，該研究的主要研究人員Michael Chini說：「 原子學的主要挑戰之一是它依賴於世界一流的雷射設備。」 「我們很幸運能在UCF擁有一個實驗室，全世界可能還有另外十個實驗室。但是不幸的是，它們中的任何一個都不是真正的&39;，其他領域的科學家可以進入這些設備並將其用於研究。」

奇尼說，這種無法獲得的機會為化學家，生物學家，材料科學家和其他人提供了障礙，他們可以從在他們的領域中應用阿秒科學技術中受益。

奇尼說：「我們的工作是朝著使原子秒脈衝更廣泛可及的方向邁出了一大步。」

「我們證明，工業級雷射器可以從數十家供應商那裡以商業價格購買，價格在100,000美元左右，現在可以用來產生阿秒脈衝。」

Chini說，設置很簡單，可以與各種具有不同參數的雷射器一起使用。

阿秒科學的工作原理類似於聲納或3D雷射測繪，但規模要小得多。當一個阿秒脈衝穿過材料時，與材料中電子的相互作用會使脈衝失真。測量這些畸變可以使研究人員構造電子圖像並製作其運動的電影。

通常，科學家已使用複雜的雷射系統，這些系統需要大型的實驗室設施和潔淨室環境，作為用於秒科學的驅動雷射器。

產生原子秒研究所需的極短的光脈衝（基本上只包含一個電磁波的振蕩周期），進一步需要使雷射通過充滿稀有氣體（例如氙或氬氣）的管傳播，以進一步及時壓縮脈衝。 。

但是Chini的團隊已經開發出一種方法，可以從更常見的工業級雷射器中獲得如此少的周期脈衝，而以前只能產生更長的脈衝。

它們通過在管中使用分子氣體（例如一氧化二氮）代替稀有氣體，並改變它們通過氣體發出的脈衝的長度，來壓縮來自工業級雷射器的大約100個周期的脈衝。

研究人員說，他們在論文中展示了壓縮到1.6個周期，單周期脈衝在該技術的範圍之內。

UCF物理系的博士生，該研究的主要作者約翰·比塔爾（John Beetar）說，氣體的選擇和脈衝的持續時間是關鍵。

Beetar說：「如果管子中充滿了分子氣體，特別是線性分子氣體，由於分子趨向於與雷射場對齊，會產生增強的效果。」

他說：「但是，只有當脈衝足夠長以引起旋轉對準並經歷由旋轉引起的影響時，才會出現這種由對準引起的增強。」 「氣體的選擇很重要，因為旋轉排列時間取決於分子的慣性，為了使增強最大化，我們希望這與雷射脈衝的持續時間一致。」

Beetar說：「與使用工業級工業雷射器相關的複雜性的降低可以使原子秒科學變得更加容易上手，並且可以使幾乎沒有雷射背景的科學家進行跨學科的應用。」

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